李黎紅 呂陽 董國軍 倪建平

摘? ?要：雜交水稻種子需要年年制種生產(chǎn)，以確保子一代的雜種優(yōu)勢。當(dāng)前，我國已建立了成熟的種子生產(chǎn)技術(shù)體系，但是基于勞力密集型的種子生產(chǎn)技術(shù)操作程序繁雜、勞動強度大，滯后于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，迫切需要創(chuàng)新制種技術(shù)。應(yīng)發(fā)展新型輕簡的全程機械化制種技術(shù)，以及父母本混播混種和雜種優(yōu)勢固定（第三代雜交水稻和一系法雜交稻）的種子生產(chǎn)技術(shù)，以助推雜交水稻種業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：雜交水稻;新型制種技術(shù);創(chuàng)新;發(fā)展

文章編號： 1005-2690（2019）03-0012-02? ? ? ?中圖分類號： S511? ? ? ?文獻標志碼： A

雜交水稻是我國發(fā)明的原創(chuàng)性糧食增產(chǎn)技術(shù)，自20世紀70年代野敗不育株的發(fā)現(xiàn)和利用，雜交水稻技術(shù)開始大面積應(yīng)用于生產(chǎn)。近幾年，我國雜交稻年種植面積保持在約1 600萬hm2，占水稻種植總面積的53%左右，每年需商品雜交稻種子約2.7億kg，種子生產(chǎn)面積達15萬hm2左右。除中國外，其他國家雜交水稻種植面積每年約有636萬hm2，每年需商品雜交稻種子約1.1億kg，國外市值15億美元以上，為保障全球糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用[1]。我國一直引領(lǐng)全球雜交水稻發(fā)展，這與雜交水稻制種技術(shù)體系的形成和發(fā)展密不可分。通過40多年的研究與實踐，我國已建立起系統(tǒng)配套的種子生產(chǎn)技術(shù)體系，但是這些技術(shù)是建立在我國勞力密集型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)上的。隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和勞動力短缺，雜交水稻育種和種子生產(chǎn)技術(shù)需要不斷地創(chuàng)新提高[2]。美國于1999年開始利用全程機械化制種技術(shù)，此后才開始大面積推廣雜交水稻。今后，我國必須從勞力密集型種子生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)型，向高效全程機械化制種技術(shù)發(fā)展，以更好地促進雜交水稻種業(yè)發(fā)展，提升國際市場競爭力，形成大型種業(yè)集團，擴大“一帶一路”國家的種植面積[3～5]。

1? ?在勞力密集型基礎(chǔ)上，建立了成熟的雜交水稻種子生產(chǎn)技術(shù)體系

雜交水稻制種是根據(jù)父母本抽穗遲早進行異步栽培，達到同步抽穗開花，實現(xiàn)異交結(jié)實生產(chǎn)雜交種子的過程。同一塊稻田里，需要通過父母本分期播種、分廂插秧、母本割葉、父本趕花粉，以及分期收割、施肥和噴農(nóng)藥等一系列的種子生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要比常規(guī)稻生產(chǎn)增加更多的人工和成本。雖然雜交水稻繁殖、制種技術(shù)研究的歷史很短，僅有45年的時間，但是基于勞力密集型基礎(chǔ)上的制繁種技術(shù)體系已非常完善。

水稻是自花授粉作物，通過異交生產(chǎn)雜交種子，即制種技術(shù)很難。然而，廣大農(nóng)業(yè)科技工作者克服了重重困難，取得了一系列突破性進展，已形成一套完整的人工化種子生產(chǎn)技術(shù)體系。該體系的形成大體經(jīng)歷了3個階段：一是摸索階段（1973—1980年），制種產(chǎn)量450 kg/hm2以內(nèi);二是完善階段（1981—1985年），產(chǎn)量達到了750～1 500 kg/hm2;三是高產(chǎn)階段（1986年至今），產(chǎn)量則為2 250～3 000 kg/hm2。

在三系法高產(chǎn)制種技術(shù)研究穩(wěn)步發(fā)展的同時，隨著光敏感核不育水稻的發(fā)現(xiàn)及利用，兩系法制種技術(shù)研究也日新月異，并有后來居上趨勢。從三系到二系，只是減少了不育系繁種技術(shù)一道工序，但雜交種子生產(chǎn)的制種技術(shù)還是與三系生產(chǎn)工序一樣，制種工序仍然復(fù)雜，需人工多和成本高，同樣需要制種技術(shù)創(chuàng)新。

2? ?農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需要創(chuàng)新高效全程機械化制種技術(shù)

中國現(xiàn)行的勞力密集型雜交水稻制種技術(shù)工序繁雜，靠人工操作，用工多，勞動強度大，管理精細，追求優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，但是機械化程度很低，與當(dāng)前經(jīng)濟快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)勞動力日益緊缺的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不相適應(yīng)。

美國是最早開始采用全程機械化“廂式”制種的，但過于粗放，往往制種產(chǎn)量較低。該項技術(shù)也不適合中國國情，難以直接應(yīng)用。隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和機械化的不斷推進，我國也因地制宜地發(fā)展了一些機械化制種的方法、途徑和技術(shù)，在種子生產(chǎn)過程中的部分工序應(yīng)用機械作業(yè)[6]。自2012年以來，在湖南成功推廣了基于農(nóng)用無人機輔助授粉的雜交水稻全程機械化制種技術(shù)，采用父母本大行比相間種植、機械插秧、機械分收、農(nóng)用無人機航空植保施藥與輔助授粉等配套技術(shù)，制種產(chǎn)量達到了3 000 kg/hm2以上的高產(chǎn)水平，比傳統(tǒng)制種方法節(jié)省用工50%以上，可節(jié)省成本5 550元/hm2，已進行大面積推廣應(yīng)用。大面積機械化生產(chǎn)獲得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益，為穩(wěn)定制種基地、壯大產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了積極的助推作用。

現(xiàn)行的制種技術(shù)雖然取得了成功，但還需要父母本分期機械插秧、機械分收，與常規(guī)種子生產(chǎn)相比仍然比較復(fù)雜，所以農(nóng)業(yè)專家在不斷探索更高效的方法。最近，我國又在育種和制種技術(shù)上取得了新的突破性的進展。

2.1? ?第三代雜交水稻育種技術(shù)和混播混收的機械化制種技術(shù)

我國現(xiàn)有雜交稻主要使用“廂式”制種技術(shù)，無法實現(xiàn)混播混收，導(dǎo)致對人工的嚴重依賴，也阻礙了種業(yè)的快速發(fā)展。近來，湖南雜交水稻研究中心等單位將第三代雜交水稻育種技術(shù)與雌性不育恢復(fù)系制種模式相結(jié)合，找到機械化制種的新技術(shù)路徑。將水稻雌性可育基因、花粉失活基因、熒光篩選標記基因等3類基因表達盒導(dǎo)入雌性不育水稻，雜合轉(zhuǎn)基因水稻進行自交結(jié)實。自交結(jié)實完成后，通過光電分選，可獲得純合雌性不育水稻，以其為恢復(fù)系，用于雜交稻機械化制種。而“選落”的、攜帶轉(zhuǎn)基因的雜合種子，可繼續(xù)用于雌性不育水稻繁殖，有效解決了雌性不育水稻繁殖技術(shù)難題，并可實現(xiàn)雜交稻種子生產(chǎn)混播混收。這意味著，未來我國有望進入雜交水稻大規(guī)模機械化“混播混收”制種新時代。

2.2? ?優(yōu)化組培技術(shù)，建立一系法雜交種

理想的制種技術(shù)就是固定雜種優(yōu)勢技術(shù)，實現(xiàn)從“三系” “二系”到“一系”法雜交水稻的選育目標。這樣，“一系”雜交水稻既保持了基因型的雜合性，又保持了其雜種優(yōu)勢。而一系雜交種子生產(chǎn)就與常規(guī)稻一樣，不需要年年制種。早期科學(xué)家們一直用無融合生殖方法在探索優(yōu)勢固定科學(xué)問題，進展甚微。最近，中國水稻研究所科學(xué)家根據(jù)植物干細胞能定向誘導(dǎo)成克隆植株的原理，已經(jīng)從水稻植株胚、根、幼穗組織的體細胞誘導(dǎo)出愈傷組織，在實驗室獲得愈傷分化的克隆水稻植株，即優(yōu)勢固定的F1植株。另外，還誘導(dǎo)了玉米單倍體基因Martrilineal的水稻直系同源基因，利用基因編輯方法選育了雜種優(yōu)勢固定的子一代植株[7]。這將有望突破性地解決雜交水稻的優(yōu)勢固定和制種勞力密集的兩大難題，實現(xiàn)雜交水稻種子的常規(guī)化生產(chǎn)。

3? ?新型制種技術(shù)提高了制種效益，促進了種業(yè)發(fā)展

目前，我國雜交水稻面積呈現(xiàn)緩慢減少趨勢，常規(guī)稻面積有所增加，這與農(nóng)業(yè)勞動力短缺、雜交種子制種成本過高有關(guān)。所以，新型、輕簡、高效的全程機械化制種技術(shù)是未來發(fā)展的必然趨勢[8]。

全程機械化制種可降低種植成本和勞動強度，增加種業(yè)公司的經(jīng)濟效益;同時，種業(yè)公司也可以適當(dāng)降低種子價格，讓農(nóng)民感到實惠，樂于用雜交種子直播種植。據(jù)隆平高科機械化制種效益分析：100 hm2規(guī)模制種可減少長期用工45 個以上、臨時性用工4.5萬個工日，用工降低的費用與機械化作業(yè)增加的成本可基本持平。該制種過程可實現(xiàn)標準化、精準化和規(guī)模化作業(yè)，能穩(wěn)定制種產(chǎn)量，提高種子質(zhì)量，并且可減少農(nóng)藥、化肥等的使用量和包裝成本，每公頃節(jié)支750 元左右，可增收父本稻谷3 000 多元。又如，湖南綏寧縣推廣大規(guī)模機械化制種，示范方1 000 余hm2，產(chǎn)量達到4 032 kg/ hm2，比人工傳統(tǒng)方法增產(chǎn)645 kg/ hm2，增收節(jié)支1.29萬元，取得了良好的示范效果。我國雜交種子生產(chǎn)面積按每年15萬hm2推算，能節(jié)支增收5.6億～19億元;如在全球推廣，則經(jīng)濟效益更可觀。如果實現(xiàn)一系法雜交水稻的常規(guī)化種子生產(chǎn)，則節(jié)支增效更顯著，更有利于農(nóng)民種植直播第三代雜交水稻和一系雜交稻，向輕簡化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。當(dāng)然，經(jīng)濟效益是按制種規(guī)模100 hm2推算的，規(guī)模大小影響機械化制種效益，而我國的大部分制種基地，田塊高低不一致，不適宜大型機械化制種推廣，影響整體經(jīng)濟效益，仍需要增加集約化和信息化的生產(chǎn)規(guī)模。

雜交種子是100%的市場化或商品化率，因而極大地推動了雜交水稻種業(yè)的發(fā)展。實施雜交水稻制種全程機械化技術(shù)，除了節(jié)支增收直接增加經(jīng)濟效益以外，還有利于穩(wěn)定雜交水稻制種面積，保證種子安全有效供給，保障國家糧食安全。當(dāng)前，我國雜交水稻年制種面積15萬hm2左右，產(chǎn)種約2.7億kg。雜交種子市值已從2001年15億元發(fā)展到2017年的150億元，增幅迅速。相關(guān)的種業(yè)公司達到了3 000多家（注冊資金500萬元以上）。同時，全球的雜交水稻因為極高的商品率，雜交水稻種業(yè)也成為國際種業(yè)巨頭與中國種業(yè)合作的主要領(lǐng)域之一。由于國際上雜交水稻種子來源不穩(wěn)定和種子質(zhì)量難以保證，更需要推廣新型、輕簡、高效的全程機械化制種技術(shù)，提升中國種子企業(yè)的核心競爭力，提高種子質(zhì)量，促進種子產(chǎn)業(yè)技術(shù)全面升級，引領(lǐng)種業(yè)向國外拓展，讓國內(nèi)好品種和技術(shù)能在國外真正落地，推動全球現(xiàn)代種業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，助推“一帶一路”沿線國家的農(nóng)業(yè)發(fā)展。

參考文獻：

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[ 6 ] 龍章騰，劉付仁.全程機械化是制種產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級的必由之路[J].中國種業(yè)，2017（11）：38-39.

[ 7 ] 俞慧友.雜交水稻借力轉(zhuǎn)基因技術(shù)，有望實現(xiàn)機械化制種[N].科技日報，2018-04-24（001）.

[ 8 ] 李黎紅，倪建平，陳乾，等.中國雜交水稻種業(yè)的發(fā)展和展望[J].種子，2013，32（02）：56-60.

（收稿日期：2018-11-23）